p型MgZnO的制备一直是高效紫外发光和日盲紫外探测器件研究领域的重要课题之一。本文针对N掺杂p型MgZnO薄膜材料中存在的空穴浓度低、电阻率高等科学问题, 采取磁控溅射技术, 利用氮气与氩气混合气体分别溅射MgZnO陶瓷靶和B-N共掺杂MgZnO 陶瓷靶的方法,制备出N掺杂和B-N共掺杂MgZnO薄膜。 通过Hall测量表征发现两种薄膜均呈现p型导电特性, 与N掺杂MgZnO相比, B-N共掺MgZnO的空穴浓度从5.53×1015 cm-3提高到2.63×1017 cm-3, 而迁移率变化并不明显(从0.83 cm2·V-1·s-1减小到0.75 cm2·V-1·s-1), 导致电阻率从1.36×103 Ω·cm减小到31.70 Ω·cm。通过XRD和XPS表征揭示了在B-N共掺MgZnO中, B替代Mg或Zn, N除了具有NO和(N2)O两种掺杂状态外, 还有以单原子占据O位但与B成键的第三种掺杂状态, 证明B掺杂可以提高N在MgZnO中的受主掺杂浓度, 但对空穴散射影响很小, 从而提高p型MgZnO的空穴浓度, 降低电阻率。
射频磁控溅射 MgZnO薄膜 B-N共掺杂 p型 radio frequency magnetron sputtering MgZnO thin films B-N codoping p-type
1 东北石油大学 电子科学学院, 黑龙江 大庆 163318
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
3 吉林大学 物理学院, 吉林 长春 130023
ZnO是优异的紫外发光和激光材料, 氮被认为是p型ZnO和MgZnO的理想受主掺杂剂, 但在较低生长温度下氮的掺入会显著破坏晶格完整性, 使氧化锌的载流子迁移率进一步下降。为了研究N的掺入对MgZnO薄膜的影响, 利用分子束外延设备在蓝宝石衬底上生长了N掺杂的ZnO和MgZnO薄膜。实验结果表明, 在其他条件完全相同的情况下, 当Mg源温度为245 ℃和255 ℃时,载流子迁移率会显著提高, 这一现象被归结为Mg—N成键抑制了氧位上N—N对的形成, 缓解了晶格的扭曲。同时当Mg源温度为275 ℃时, 能够使N掺杂ZnO薄膜中的施主浓度降低一个量级, 有利于实现p型掺杂。
分子束外延 MgZnO薄膜 光电性质 molecular beam epitaxy(MBE) MgZnO thin films photoelectric properties
深圳大学材料学院 深圳市特种功能材料重点实验室, 广东 深圳 518060
选用Mg0.2Zn0.8O陶瓷靶，利用脉冲激光沉积(PLD)法，在单晶Si(100)和石英衬底上生长了一系列MgZnO薄膜(MZO)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和紫外可见光透射光谱(UV-Vis)等实验手段，研究了在不同工作压强下生长的薄膜样品的晶体结构、微观形貌和光学性能的变化。结果表明:所有的薄膜样品都是单一的ZnO六方相，禁带宽度随生长压强的升高而增加，变化范围在3.83~4.05 eV之间，最短吸收边接近300 nm。
脉冲激光沉积 MgZnO薄膜 光学性能 pulsed laser deposition MgZnO thin films optical properties
